E. c(oil)i : The Lean, Green, Fat-Producing SynBio Machine - - PowerPoint PPT Presentation

• E. ¡c(oil)i: ¡The ¡Lean, ¡Green, ¡


Fat-­‑Producing ¡SynBio ¡Machine

Manchester ¡iGEM ¡Team

Palm ¡Oil

• Soaps ¡and ¡cosmetics ¡
• Emulsifying ¡agents ¡
• Oil ¡paints ¡
• Varnishes ¡
• Detergents ¡
• Shaving ¡cream ¡
• Lubricants ¡
• Food ¡
• Biofuel

What ¡Is ¡Palm ¡Oil?

Palmitic ¡Acid: ¡44% ¡ C16 Stearic ¡Acid: ¡4.5% ¡ C18 Oleic ¡Acid: ¡39.2% ¡ C18:1 Linoleic ¡Acid: ¡10.1% ¡ C18:2

Effects ¡of ¡Palm ¡Oil ¡
 Cultivation

58 ¡Bn ¡ Tons ¡of ¡CO2 ¡

Over ¡the ¡next ¡15 ¡years

EXPERIMENTAL


Rob, ¡Lorna ¡, ¡Tan, ¡Tim, ¡Divita, ¡Marco

Aim: ¡Palm ¡Oil ¡
 Production ¡in ¡E. ¡coli

• Increase ¡native ¡palm ¡oil ¡acids ¡in ¡E. ¡coli ¡

(palmitic ¡and ¡stearic ¡acid) ¡

• Introduction ¡of ¡non-­‑native ¡palm ¡oil ¡acid ¡

synthesis ¡pathways ¡in ¡E. ¡coli ¡(oleic ¡and ¡linoleic ¡ acid)

Overproduction ¡of ¡
 Native ¡Fatty ¡Acids

Xu et al (2013) Modular optimization of multi-gene pathways for fatty acids production in E. coli. Nature Communications 4:1409

BBa_K1027003

Production ¡Of ¡
 Non-­‑Native ¡Fatty ¡Acids

Synechocystis sp. PCC 603

BBa_K1027001 BBa_K1027002

Production ¡Batches

Characterisation

2721 43 1

MODELLING


Jess, ¡Elsa, ¡Ralf

Uncertainty ¡Analysis

• 43 ¡reactions ¡
• 60 ¡metabolites ¡
• 267 ¡parameters

Uncertainty ¡Analysis

Achcar F et al (2012) Dynamic Modelling under Uncertainty: The Case of Trypanosoma brucei Energy Metabolism. PLoS Comput Biol 8(1)

Uncertainty ¡Analysis: ¡
 Raw ¡Data

Species ¡Accumulation ¡

• ver ¡100 ¡seconds ¡

(mM) ¡ Dark ¡Red: ¡>4 ¡ ¡ Pink: ¡> ¡2 ¡ ¡ Light ¡red:> ¡1 ¡ ¡ White: ¡1-­‑0.01 ¡ ¡ Light ¡yellow: ¡<0.01 ¡ ¡ Dark ¡yellow: ¡<0.0001

Uncertainty ¡Analysis:
 Results

Palmitic ¡Acid Acetyl ¡CoA Elongation

Uncertainty ¡Analysis:
 Results

Uncertainty ¡Analysis:
 Conclusion

• Potentials ¡

– Gives ¡ability ¡to ¡model ¡complex ¡and ¡poorly ¡ experimentally ¡measured ¡systems ¡ – Creates ¡unbiased ¡models ¡ – Opportunities ¡for ¡different ¡types ¡of ¡data ¡analysis ¡ – Pinpoints ¡areas ¡for ¡further ¡study ¡

• Limitations ¡

– Potential ¡inability ¡to ¡reach ¡steady ¡state

βHACdH ¡Dynamics


Simulation

• ¡β-­‑hydroxy ¡acyl-­‑ACP ¡dehydrase ¡
• ¡Carried ¡out ¡in ¡GROMACS ¡
• ¡Less ¡Dynamic ¡N-­‑Terminals ¡are ¡more ¡

appropriate ¡for ¡His-­‑tag ¡addition.

HUMAN ¡
 PRACTICES


Matt, ¡Tan, ¡Lorna, ¡Rob, ¡Elsa

Communication

Environmental ¡Impact

Models created using Vortex

Economic ¡Impact

The ¡cost ¡of ¡crude ¡palm ¡oil ¡(CPO) ¡more ¡than ¡doubled ¡in ¡the ¡period ¡2005-­‑2013

Government ¡ Intervention

Economic ¡Impact

Modelling ¡shift ¡of ¡demand ¡on ¡price ¡of ¡crude ¡palm ¡oil

Impact ¡Analysis ¡

• Palm ¡oil ¡has ¡detrimental ¡effects ¡in ¡many ¡areas ¡
• Synthetic ¡palm ¡oil ¡is ¡not ¡a ¡viable ¡solution ¡on ¡its ¡
• wn ¡
• Natural ¡palm ¡oil ¡and ¡synthetic ¡palm ¡oil ¡can ¡

coexist

Conclusion

Acknowledgements

Instructors ¡ Prof ¡Eriko ¡Takano ¡and ¡Prof ¡Rainer ¡Breitling ¡

• Advisors ¡

Dr ¡Karl ¡Payne ¡ Dr ¡Nik ¡Rattray ¡(LC-­‑MS) ¡ Dr ¡Vicky ¡Jackson ¡ Dr ¡Wayne ¡Aubrey ¡ Dr ¡Neil ¡Swainston ¡ Dr ¡Nicole ¡Leferink ¡ Dr ¡Jayendra ¡Shrankra ¡ Beata ¡Czajkowska ¡ Nick ¡Weise ¡ Denis ¡Abramov ¡

• Other: ¡

Prof ¡Mattheos ¡Koffas ¡(FAS ¡Module) ¡ Dr ¡Andy ¡Balmer ¡ Dr ¡Nigel ¡Hodson ¡(AFM) ¡ Jérémy ¡Férrant ¡ All ¡the ¡industry ¡representatives ¡and ¡local ¡ environmentalists ¡who ¡were ¡happy ¡to ¡be ¡ interviewed ¡for ¡our ¡human ¡practices ¡research